【手続補正書】
【提出日】平成18年8月23日(2006.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  電子部品及びその製造方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  基板と、前記基板の上面に設けられ、且つ端部の厚みがその他の部分の厚みより薄い電極パッドと、前記電極パッドの厚みが厚い部分を覆わないように少なくとも前記基板の上面に設けられた保護膜と、少なくとも前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面を含むように前記電極パッドの上面に設けられたバンプとを備えた電子部品において、前記保護膜を上面が前記電極パッドの厚みが薄い部分の上面より上方に位置し、かつ前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面より下方に位置するように基板の上面に形成するとともに、前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面に凹部及び／または凸部を設け、さらに少なくとも前記凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記電極パッドの上面にバンプを形成した電子部品。
【請求項２】  電極パッドを、銀を主成分とする少なくとも白金を含む材料で構成し、且つバンプを少なくとも錫と銀を含む材料で構成した請求項１記載の電子部品。
【請求項３】  電極パッドの厚みを前記電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みより厚くした請求項２記載の電子部品。
【請求項４】  電極パッドの厚みを前記電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みと、基板の表面粗さとを合わせた厚みより厚くした請求項２記載の電子部品。
【請求項５】  基板の上面に第１の電極パッドを形成する工程と、前記第１の電極パッドの上面に、第１の電極パッドよりも面積が小さい第２の電極パッドを形成する工程と、前記第２の電極パッドを覆わないように少なくとも前記基板の上面に保護膜を形成する工程と、前記第２の電極パッドの上面にバンプを形成する工程とを有し、前記保護膜を上面が前記第１の電極パッドの上面より上方に位置し、かつ前記第２の電極パッドの上面より下方に位置するように基板の上面に形成するとともに、前記第２の電極パッドの上面に凹部及び／または凸部を形成し、さらに少なくとも前記凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記第２の電極パッドの上面にバンプを形成するようにした電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を実装基板に実装するためのバンプ電極を備えた電子部品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品は、特開平９−７４０９６号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
以下、従来の電子部品について、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図５は従来の電子部品の断面図である。
【０００５】
図５において、１は基板である。２は電極パッドで、基板１の上面に設けられている。３は保護膜で、基板１の上面及び電極パッド２の上面の一部に設けられている。４はバンプで、電極パッド２の上面における保護膜３が設けられていない部分に形成されており、そしてこのバンプ４は実装基板に設けられているランド電極と、接続用はんだを介して接続される。
【０００６】
以上のように構成された従来の電子部品について、以下にその製造方法を図面を参照しながら説明する。
【０００７】
図６（ａ）〜（ｃ）は、従来の電子部品の製造方法を示す工程図である。
【０００８】
まず、図６（ａ）に示すように、基板１の上面に電極パッド２を形成する。
【０００９】
次に、図６（ｂ）に示すように、基板１の上面及び電極パッド２の上面の一部に保護膜３を形成する。
【００１０】
最後に、図６（ｃ）に示すように、バンプ４を電極パッド２の上面における保護膜３が設けられていない部分に形成し、従来の電子部品を製造していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電子部品は、保護膜３形成時の保護膜３の広がり（だれ）が制御困難であるため、電極パッド２を覆う保護膜３の面積が安定せず、これにより、上面にバンプ４が形成されるべき保護膜３で覆われていない電極パッド２の面積が小さくなり、実装後のバンプ４と電極パッド２との接合面５の接続信頼性が悪化するという課題を有していた。
【００１２】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性が優れている電子部品を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の電子部品は、基板と、前記基板の上面に設けられ、且つ端部の厚みがその他の部分の厚みより薄い電極パッドと、前記電極パッドの厚みが厚い部分を覆わないように少なくとも前記基板の上面に設けられた保護膜と、少なくとも前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面を含むように前記電極パッドの上面に設けられたバンプとを備えた電子部品において、前記保護膜を上面が前記電極パッドの厚みが薄い部分の上面より上方に位置し、かつ前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面より下方に位置するように基板の上面に形成するとともに、前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面に凹部及び／または凸部を設け、さらに少なくとも前記凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記電極パッドの上面にバンプを形成したもので、この構成によれば、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性が優れている電子部品が得られるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板の上面に設けられ、且つ端部の厚みがその他の部分の厚みより薄い電極パッドと、前記電極パッドの厚みが厚い部分を覆わないように少なくとも前記基板の上面に設けられた保護膜と、少なくとも前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面を含むように前記電極パッドの上面に設けられたバンプとを備えた電子部品において、前記保護膜を上面が前記電極パッドの厚みが薄い部分の上面より上方に位置し、かつ前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面より下方に位置するように基板の上面に形成するとともに、前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面に凹部及び／または凸部を設け、さらに少なくとも前記凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記電極パッドの上面にバンプを形成したもので、この構成によれば、制御の困難な保護膜形成時の保護膜の広がりを、電極パッドの厚みの違いによる段差によって防止できるため、保護膜に覆われていない電極パッドの厚みが厚い部分の面積が、保護膜の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、保護膜で覆われていない電極パッドの上面にバンプを形成すればバンプの電極パッドとの接合面積の減少による電極パッドとバンプの密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性は優れたものとなる。また、保護膜形成時の保護膜の広がりによって、電極パッドの厚みが薄い部分は保護膜で覆われ、且つ電極パッドの厚みが厚い部分は電極パッドの厚みの違いによる段差によって保護膜で覆われないという構造を自然と形成できるため、保護膜に覆われていない電極パッドの厚みが厚い部分の面積が、保護膜の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、上記と同様に、保護膜で覆われていない電極パッドの上面にバンプを形成すればバンプの電極パッドとの接合面積の減少による電極パッドとバンプの密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性は優れたものとなる。そしてまた、実装基板に実装した後の温度変化によりバンプと電極パッドとの接合面に沿った方向にせん断応力が加わった場合でも、電極パッドの上面に形成されている凹部及び／または凸部に、少なくとも凹部及び／または凸部の一部を覆うようにバンプが接合され、且つこの凹部及び／または凸部がせん断応力方向に対して垂直面を有するため、この凹部及び／または凸部とバンプとの結合力が構造的に強くなるという作用を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、電極パッドを、銀を主成分とする少なくとも白金を含む材料で構成し、且つバンプを少なくとも錫と銀を含む材料で構成したもので、この構成によれば、電極パッドの表面に形成される銀と錫とからなる合金層が、バンプに含まれる錫の電極パッドへの拡散を抑制するため、錫が電極パッドと基板との間の化学結合を破壊して、電極パッドと基板との間の密着力が低下するということはなくなり、これにより、電極パッドと基板との接合面の接続信頼性は優れたものとなるという作用を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、電極パッドの厚みを前記電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みより厚くしたもので、この構成によれば、電極パッドの厚みが電極パッドの表面に形成される銀と錫とからなる合金層の厚みよりも厚くなるため、電極パッドの表面に形成される合金層に含まれる錫が、電極パッドと基板との接合面まで到達して電極パッドと基板との間の接合を破壊して、電極パッドと基板との間の密着力が低下するということはなくなり、これにより、電極パッドと基板との接合面の接続信頼性は優れたものとなるという作用を有するものである。
【００１７】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、電極パッドの厚みを前記電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みと、基板の表面粗さとを合わせた厚みより厚くしたもので、この構成によれば、電極パッドの厚みを電極パッドの表面に形成される銀と錫とからなる合金層の厚みと、基板表面の粗さとの和より厚くできるため、基板の表面が荒れていても電極パッドの表面に形成される合金層に含まれる錫が、電極パッドと基板との接合面まで到達して電極パッドと基板との間の接合を破壊して、電極パッドと基板との間の密着力が低下するということはなくなり、これにより、電極パッドと基板との接合面の接続信頼性は優れたものとなるという作用を有するものである。
【００１８】
本発明の請求項５に記載の発明は、基板の上面に第１の電極パッドを形成する工程と、前記第１の電極パッドの上面に、第１の電極パッドよりも面積が小さい第２の電極パッドを形成する工程と、前記第２の電極パッドを覆わないように少なくとも前記基板の上面に保護膜を形成する工程と、前記第２の電極パッドの上面にバンプを形成する工程とを有し、前記保護膜を上面が前記第１の電極パッドの上面より上方に位置し、かつ前記第２の電極パッドの上面より下方に位置するように基板の上面に形成するとともに、前記第２の電極パッドの上面に凹部及び／または凸部を形成し、さらに少なくとも前記凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記第２の電極パッドの上面にバンプを形成するようにしたもので、この製造方法によれば、制御の困難な保護膜形成時の保護膜の広がりを、第１の電極パッドと第２の電極パッドとの段差によって防止できるため、保護膜で覆われていない電極パッドの厚みが厚い部分の面積が、保護膜の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、この保護膜で覆われていない電極パッドの上面にバンプを形成すればバンプの電極パッドとの接合面積の減少による電極パッドとのバンプの密着強度の低下を招くということはないため、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性は優れたものとなる。また、保護膜形成時の保護膜の広がりによって、電極パッドの厚みが薄い部分は保護膜で覆われ、且つ電極パッドの厚みが厚い部分は電極パッドの厚みの違いによる段差によって保護膜で覆われないという構造を自然と形成できるため、保護膜に覆われていない電極パッドの厚みが厚い部分の面積が、保護膜の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、上記と同様に、保護膜で覆われていない電極パッドの上面にバンプを形成すればバンプの電極パッドとの接合面積の減少による電極パッドとバンプの密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性は優れたものとなる。そしてまた、実装基板に実装した後の温度変化によりバンプと電極パッドとの接合面に沿った方向にせん断応力が加わった場合でも、電極パッドの上面に形成されている凹部及び／または凸部に、少なくとも凹部及び／または凸部の一部を覆うようにバンプが接合され、且つこの凹部及び／または凸部がせん断応力方向に対して垂直面を有するため、この凹部及び／または凸部とバンプとの結合力が構造的に強くなるという作用を有するものである。
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態における電子部品について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態における電子部品の断面図である。
【００２１】
図１において、１１は絶縁性の基板で、アルミナなどからなる。１２は電極パッドで、第１の電極パッド１３と第２の電極パッド１４との２層構造となっている。第１の電極パッド１３は、基板１１の上面に設けられ、導電成分が銀９９％、白金１％の厚膜電極材料などからなる。また第２の電極パッド１４は、第１の電極パッド１３の上面に設けられ、且つ第１の電極パッド１３と同一材料からなる。そしてまた、第２の電極パッド１４は、第１の電極パッド１３よりも面積が小さく、上面に貫通穴からなる凹部１５が設けられている。つまり、電極パッド１２は端部の厚みがその他の部分の厚みより薄い構造をしている。すなわち、電極パッド１２は第２の電極パッド１４が形成されている部分の厚みは厚く、第２の電極パッド１４が形成されていない部分の厚みは薄い。また、第２の電極パッド１４は凹部１５を有するドーナッツ状態となっている。なお、上記の構成においては、第２の電極パッド１４の上面に貫通穴からなる凹部１５を設けたものについて説明したが、この凹部１５は貫通していなくてもよい。また、電極パッド１２は端部の厚みがその他の部分の厚みより薄い構造をしていれば２層構造でなくてもよい。１６は保護膜で、その上面の一部が第１の電極パッド１３の上面より上方に位置し、且つ第２の電極パッド１４の上面より下方に位置するように形成され、厚膜ガラス材料からなる。１７はバンプで、第２の電極パッド１４の上面に設けられ、鉛９０％、錫８％、銀２％からなるはんだや低融点金属材料などからなる。また、バンプ１７は第２の電極パッド１４の上面に設けられた凹部１５全面を覆った構造となっている。なお、バンプ１７は第２の電極パッド１４の上面に設けられた凹部１５の全体ではなく、その一部に形成されていてもよい。
【００２２】
以上のように構成された電子部品について、以下にその製造方法を図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施の形態における電子部品の製造方法を示す工程図である。
【００２４】
まず、図２（ａ）に示すように、基板１１の上面にスクリーン印刷でパターン形成し、約８５０℃で焼成して電極パッド１２の一部である第１の電極パッド１３を形成する。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の電極パッド１３の上面にスクリーン印刷でパターン形成し、約８５０℃で焼成して電極パッド１２の一部である第２の電極パッド１４を第１の電極パッドより面積が小さくなるように形成する。また、このとき第２の電極パッド１４の上面に貫通穴などの凹部１５を設ける。なお、この凹部１５は第１の電極パッド１３と第２の電極パッド１４との両方に形成されていてもよい。また、第１の電極パッド１３と第２の電極パッド１４を異なる材料で形成したり、同時に焼成しても良い。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板１１及び第１の電極パッド１３の上面にスクリーン印刷でパターン形成し、約６００℃で焼成して保護膜１６を形成する。また、保護膜１６のパターンを形成する時は、保護膜１６の材料であるガラスペーストを、保護膜１６の上面の一部が第１の電極パッド１３の上面より上方に位置し、且つ第２の電極パッド１４の上面より下方に位置するように供給する。このとき保護膜１６は第１の電極パッド１３と第２の電極パッド１４との段差の所まで自然に広がる。従って、電極パッド１２の保護膜１６で覆われていない部分は、第２の電極パッド１４の外形と略同一形状となるため、電極パッド１２の保護膜１６で覆われていない部分の面積が安定する。また、この電極パッド１２の保護膜１６で覆われていない部分は、電極パッド１２とバンプ１７とが接着する部分となり、この部分の面積が小さくなると、電極パッド１２とバンプ１７との接合強度が低下するため、実装後の接続信頼性が低下する。
【００２７】
最後に、図２（ｄ）に示すように、クリームはんだを印刷法で第２の電極パッド１４の上面に設けた凹部１５に供給し、溶融温度に加熱して、はんだを第２の電極パッド１４の上面に集め、且つ表面張力で球形に丸めてバンプ１７を形成することにより、本発明の一実施の形態における電子部品を形成するものである。
【００２８】
上記のようにして構成された電子部品は、通常電極パッド１２の表面からある一定の距離、例えば約５μｍの所まで、原子数比率で約２５％の錫を含む錫と銀の合金層が形成される。また、電極パッド１２のこの合金層よりも基板１１に近い部分における錫の原子数比率は１％以下であるため、バンプ１７から電極パッド１２中への錫の拡散が、この合金層より先には進行しないことがわかる。また、拡散した錫は、電極パッド１２と基板１１との間の化学結合を破壊するため、電極パッド１２と基板１１との密着強度が著しく低下する。従って、この合金層が電極パッド１２と基板１１との接合面に達しないことが必要で、そのためには、電極パッド１２の厚みが少なくとも５μｍ以上、つまり電極パッド１２の厚みが電極パッド１２の表面に形成される錫と銀とからなる合金層より厚いことが必要となる。さらに、基板１１の表面粗さは、基板として一般的に用いられるアルミナが約３μｍであることを考えると、合金層が電極パッド１２と基板１１の接合面に完全に達しないようにするためには、電極パッド１２の厚みは８μｍ以上、つまり電極パッド１２の厚みが電極パッド１２の表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みと基板１１の表面粗さとを合わせた厚みより厚くしなければならない。
【００２９】
一方、厚膜導電材料として最も一般的に使用されている銀とパラジウムからなる電極材料を電極パッド１２に用いた場合や、銀が含まれていない材料、例えば錫６４％、鉛３６％の共晶はんだでバンプ１７を構成した場合は、電極パッド１２の全領域においてバンプ１７から拡散した錫の比率が３０％以上となる。拡散した錫は、電極パッド１２と基板１１との間の化学結合を破壊するため、電極パッド１２と基板１１との密着強度が著しく低下する。一方、融点や毒性、コスト、特性を考慮すると、錫を全く含まない接続用はんだ材料は考えにくいため、バンプ１７として少なくとも銀と錫とからなる材料を、電極パッド１２として銀が主成分で少なくとも白金を含む材料を、錫の拡散を防止できる材料として採用することは、電子部品を構成する上で非常に重要である。
【００３０】
図３は、本発明の一実施の形態における電子部品を実装基板に実装した状態の一例を示す断面図である。
【００３１】
図３において、１８は実装基板である。１９はランド電極で、実装基板１８の上面に設けられている。２０は接続用はんだで、ランド電極１９とバンプ１７とをつないでいる。このとき、電子部品は、バンプ１７が下面となった状態になっている。
【００３２】
電子部品の基板１１であるアルミナの熱膨張率は約５ｐｐｍ／℃であり、実装基板１８として頻繁に用いられるガラスエポキシ樹脂の熱膨張率は約１５ｐｐｍ／℃である。よって、両者の間には１０ｐｐｍ／℃の差があり、この熱膨張率の差が実装後の温度差によって電極パッド１２とバンプ１７の接合面に沿った方向（矢印２１の方向）のせん断応力を発生させる。
【００３３】
しかし、電極パッド１２とバンプ１７との接合面は、凹部１５においてせん断応力方向に対して垂直面２２も有するため、実装後のせん断応力に対して電極パッド１２とバンプ１７との接合面の接続信頼性は優れたものになる。
【００３４】
また、第１の電極パッド１３の上面に、第１の電極パッド１３よりも面積が小さい第２の電極パッド１４を形成し、さらに保護膜１６の上面が第１の電極パッド１３の上面より上方に位置し、且つ第２の電極パッド１４の上面より下方に位置するように保護膜１６を基板１１の上面に形成するようにしているため、保護膜１６形成時の保護膜１６の広がりによって、第１の電極パッド１３は保護膜１６で覆われ、且つ第２の電極パッド１４は第１の電極パッド１３と第２の電極パッド１４との段差によって保護膜１６で覆われていないという構造を自然と形成できるため、保護膜１６で覆われていない第２の電極パッド１４の面積が、保護膜１６の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、この保護膜１６に覆われていない第２の電極パッド１４上面にバンプ１７を形成すればバンプ１７の第２の電極パッド１４との接合面積の減少による電極パッド１２とバンプ１７の密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプ１７と電極パッド１２との接合面の接続信頼性が優れたものになるという効果が得られる。
【００３５】
なお、本発明の一実施の形態においては、バンプ１７の材料として、鉛９０％、錫８％、銀２％のはんだ材料を使用した場合について説明したが、銀と白金を含む電極パッド１２の表面に錫と銀との合金層を形成するためには、錫と銀とを含んだはんだ材料でバンプ１７を形成すれば良く、例えば錫９６．５％、銀３．５％という組成や、錫６３％、鉛３５％、銀２％という組成のはんだでも良い。
【００３６】
また、電極パッド１２の上面には凹部１５の代わりに、凸部、あるいは凹部と凸部の両方を設けてもよい。
【００３７】
図４は電極パッド１２の上面に凹部及び／または凸部２３がそれぞれ設けられている本発明の一実施の形態における他の例を示す断面図である。
【００３８】
図４に示すように、電極パッド１２とバンプ１７との接合面には、凹部及び／または凸部２３においてせん断応力方向に対して垂直面２２を有するため、上記本発明の一実施の形態における電子部品と同様に、実装後のせん断応力に対して電極パッド１２とバンプ１７との接合面の接続信頼性は優れたものとなる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明の電子部品は、基板と、前記基板の上面に設けられ、且つ端部の厚みがその他の部分の厚みより薄い電極パッドと、前記電極パッドの厚みが厚い部分を覆わないように少なくとも前記基板の上面に設けられた保護膜と、少なくとも前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面を含むように前記電極パッドの上面に設けられたバンプとを備えた電子部品において、前記保護膜を上面が前記電極パッドの厚みが薄い部分の上面より上方に位置し、かつ前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面より下方に位置するように基板の上面に形成するとともに、前記電極パッドの厚みが厚い部分の上面に凹部及び／または凸部を設け、さらに少なくとも前記凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記電極パッドの上面にバンプを形成したもので、この構成によれば、制御の困難な保護膜形成時の保護膜の広がりを、電極パッドの厚みの違いによる段差によって防止できるため、保護膜に覆われていない電極パッドの厚みが厚い部分の面積が、保護膜の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、保護膜で覆われていない電極パッド上面にバンプを形成すればバンプの電極パッドとの接合面積の減少による電極パッドとバンプの密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性は優れたものとなる。また、実装基板に実装した後の温度変化によりバンプと電極パッドとの接合面に沿った方向にせん断応力が加わった場合でも、電極パッドの上面に形成されている凹部及び／または凸部に、少なくとも凹部及び／または凸部の一部を覆うようにバンプが接合され、且つこの凹部及び／または凸部がせん断応力方向に対して垂直面を有するため、この凹部及び／または凸部とバンプとの結合力が構造的に強くなるという優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施の形態における電子部品の断面図
【図２】
（ａ）〜（ｄ）本発明の一実施の形態における電子部品の製造方法を示す工程図
【図３】
本発明の一実施の形態における電子部品を実装基板に実装した状態の一例を示す断面図
【図４】
電極パッドの上面に凹部及び／または凸部が設けられている本発明の一実施の形態における他の例を示す断面図
【図５】
従来の電子部品の断面図
【図６】
（ａ）〜（ｃ）従来の電子部品の製造方法を示す工程図
【符号の説明】
１１  基板
１２  電極パッド
１３  第１の電極パッド
１４  第２の電極パッド
１５  凹部
１６  保護膜
１７  バンプ
２３ 凹部及び／または凸部
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2001077517.tif 000001
【図２】
2001077517.tif 000002
【図３】
2001077517.tif 000003
【図４】
2001077517.tif 000004
【図５】
2001077517.tif 000005
【図６】
2001077517.tif 000006